圧電支援摩擦計と光プロフィルを用いた超音波潤滑の実験

次の実験の全体的な目標は、超音波潤滑における摩擦と摩耗の低減が線速度に依存することを調べることです。これは、最初にディスクTER上の変更されたピンでテストを実施し、テスト中にリアルタイムの摩擦力を記録することによって達成されます 第2ステップとして、光学プロファイラー(表面形状測定機)を使用して摩耗を特徴付け、2Dおよび3Dプロファイル、表面粗さ、および溝の体積損失を提供します。次に、3つで摩擦と摩耗の低減。

線速度は、測定された摩擦力と計算された摩耗率を使用して定量化されます。結果は、超音波潤滑が有効な摩擦力を最大62%減少させ、表面摩耗を最大49%減少させることを示しています線速度が増加すると摩擦減少は減少しますが、摩耗減少は3つの線速度で基本的に一定のままです。考慮された超音波潤滑は、摺動物体間の有効摩擦係数を低減し、実際に制御するための確立された技術です。

これは、1つまたは両方のオブジェクトを超音波周波数、つまり20キロヘルツを超える周波数で振動させることによって機能します。超音波潤滑は、押出成形やソリッドステート潤滑技術である伸線などの製造プロセスで実装されています。従来の潤滑剤が望ましくない用途に使用できます。

たとえば、空間で必要なTERを最初に構築するには、チャックモーターサブシステムを組み立て、この組み立てをアイソレーションテーブルで実行します。最初のレベルでは、シム付きのDCモーターで、支柱とボルトを使用してその位置を固定します。次に、モーターの周囲にサポートフレームを配置します。

次に、サポートプレートをスプラインシャフトにスライドさせてキーコンティニューを使用して、スプラインシャフトをモーターシャフトに接続します。次に、スラストニードルローラーベアリングをサポートプレートに配置します。必要に応じてベアリングに切削液を注油し、チャックモーターサブシステムの組み立てを終了します。

チャックとアダプタープレートを3本のボルトで接続し、ボルトを締めます。チャックをスラストニードルローラーベアリングを介してサポートプレートに置きます。サポートフレームを所定の位置に取り付けてジンバルアセンブリを置きます。

これは、摩擦を測定するためにワイヤーによってジンバルアームに接続された水平方向のロードセルを有する。次に、ピソ電動アクチュエーターを組み立てます。まず、3インチのネジ付きロッドをピソの電気スタックに挿入します。

ワッシャーとナットで固定し、ロッドの約8分の1インチを一端に空けておきます。次に、ナットを締めてスタックをプリロードします。次に、ナットとワッシャーを使用して、露出した長いスレッドをジンバルアームに接続します。

どんぐりナットをピソアクチュエータのもう一方の端にねじ込み、セットアップ目的でテストしません。次に、ディスクをチャックに挿入し、どんぐりナットがディスクの上部に接触し、ジンバルアームが水平になるようにディスクの位置を調整します。ジンバルアセンブリの位置を調整して、ナットがディスクの中心から約25ミリメートルでディスクに接触するようにします。

最後に、セットアップのすべてのボルトを締め、セットアップをコンピューターに取り付けます。テストディスクとナットは、手袋を着用して清掃する必要があります。エタノールを使用して、テストディスクとどんぐりナットの表面を清掃します。

次に、セットアップ目的で使用したどんぐりナットを取り外します。次に、新しいきれいなナットにねじ込み、しっかりと締めます。締めたら、位置合わせを確認し、チャックを締めてディスクがしっかりと固定されるようにし、どんぐりナットがアクチュエータにしっかりと締められていることを確認します。

どんぐりナットをエピ電動アクチュエータにしっかりと締め付けることが重要であり、そうしないと、試験中に緩み、超音波振動が伝わらず、効果がなくなる可能性があります。テストを設定するには、ジンバルアームに接続する1つのフックに2ニュートンの重りを吊るして、テストナットとディスクの間に通常の負荷をかけます。次に、ジンバルアームに接続するもう一方のフックにさらに2ニュートンウェイトを吊るします。

これにより、ロードセルに水平方向のプリテンションが供給されます。次に、アクチュエータと信号発生器をアンプに接続します。信号発生器を連続的な正弦波信号を提供するように設定します。

3 ボルトの振幅と 22 キロヘルツの周波数を使用します。ピソアクチュエータの共振周波数には、ピゾアクチュエータの張力を防ぐために3ボルトのDCオフセットが含まれています。次に、減少した摩擦力を測定するためのデータの収集を開始します。

アンプの電源を入れ、ゲインを15(実際のゲイン4.67に相当)に設定します。次に、モーターをONにし、必要に応じて回転速度を設定します。テストを3時間実行してから、モーターとアンプの電源を切り、データ集録を終了します。

どんぐりナットとテストディスクを取り外し、テストディスクにテスト条件のラベルを付けます。テストごとに常に新しいナットとテスト面を使用してください。固有摩擦を測定するには、アンプと信号発生器をオフにして同じ線速度を使用します。

他の線速度についても同じテストを繰り返します。最後に 6 つの摩耗溝を作成する必要があります。準備として、測定の直前にテストディスクを清掃します。

以前と同様に、パーター測定の前にサンプルディスクを清掃することが重要であり、摩耗粒子や異物を摩耗溝に緩く取り付けます。測定されたプロファイルの位置と体積損失が損なわれました。次に、ディスクの縁の周りに8つの均等に分散したマークを付けます。

次に、ソフトウェアを使用してプロファイラー(表面形状測定機)ソフトウェアを開きます。レンズとサンプルプラットフォームとの間に十分なクリアランスが空くようにレンズを持ち上げます。次に、サンプルプラットフォームを水平にし、ラボワイプをプラットフォームに置きます。

サンプルを組織の上にそっと置き、8つのマークの1つを気圧計の前面に向けて置きます。ソフトウェアでスキャンパラメータを設定します。溝をスキャンし、プロファイル画像と粗さデータを保存します。

次に、次のマークがプロファイラー(表面形状測定機)の前面を向くまでサンプルを反時計回りに回し、残りのマークに対してこのプロセスを繰り返します。1枚のディスクで完了したら、残りの5枚のディスクで測定を繰り返します。摩擦力は、2つの秒サンプリングウィンドウを使用して400ヘルツでサンプリングされ、測定された摩擦の平均値が計算され、ピンの移動距離に対してプロットされました。

固有摩擦力はドットで表され、摩擦力は超音波振動で示されています。xsでは、定常状態の操作が達成されると、摩擦力は実質的に一定のままでした。次に、各線速度での減少率を、ピンが移動した距離に対してプロットしました。

超音波振動は、テストされた各線速度で定常状態の摩擦力を減少させました。しかし、超音波振動のある溝とない溝を比較した線速度が増加するにつれて、利点は減少しました。超音波振動が加えられたとき、溝はより不均一で反射しないように見えることがわかります。

3Dプロファイル、表面粗さの値、および溝の体積損失は、プロファイラー(表面形状測定機)のスキャンから取得されました。超音波振動のある3D溝は、超音波振動のない溝に比べて狭く、ざらざらしていて、浅かった。これは、超音波振動が摩耗を減少させ、超音波振動が存在するときに摩耗率と表面粗さパラメータが小さくなったという考えを裏付けており、これも摩耗減少の指標です。

速度が増加するにつれて、摩耗減少率はほぼ一定に保たれました。このビデオを見た後、ディスク上の変更されたピンで超音波潤滑試験を実施し、光学プロフィーを使用して、この超音波摩擦と摩耗低減を使用して、線速度だけでなく、垂直応力、材料の組み合わせなどの主要なパラメータに関して研究できる場所を特徴付ける方法についてよく理解しているはずです。 超音波消費電力。